´ CNICA DE CHIMBORAZO ESCUELA SUPERIOR POLIT E
CONTROL
1
´ al manejo de la planta entrenadora Introduccion de National Instruments VTOL (Vertical Take Off and Landing) ´ Jorge, Cujilema Miguel, Infante Jefferson, Paucar Elvis, Salazar Vanessa Ald´ Aldaz
[email protected], jorgecroko1990@gmai l.com,
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Resumen —En analizar a´ el compor- —En el presente documento se analizar ´
tamiento de la planta entrenadora de control VTOL(Vertical VTOL(Vertical Take Off and Landing), con el fin de observar su comportamiento del ´ al sistema y de sus variables que intervienen para su reacci ´ reacci on ´ de transferencia con impulso, para lo cual hallamos la funci ´ funci on al ayuda de Matlab, una vez registrados los datos de voltaje al ´ de la planta. motor vs posici ´ posici on
A trav´es e s de este m´etodo etodo podemos podemos comprender comprender de mejor manera los conocimientos impartidos de mane ma nera ra text textua uall y oral oral,, ya que que ma mani nipu pula lamo moss los los elementos vistos en las clases tericas. En torno al desarrollo y proceso de esta experimentaci´on, on, se pueden describir los siguientes pasos: •
1
´ I NTRODUCCI ON
Aseg Asegur urars arsee que que el NI ELVI ELVIS S est´ est´e apagado apagado antes de la conexi´on.
A
Es indi indisp spen ensab sable le el uso uso de herr herram amie ient ntas as que complementen los conocimientos tericos adquiridos en la asignatura de control de Procesos Industriales mediante la prctica, esto hace posible ´ entend entender er la real real aplica aplicacin cin de la fundam fundament entaci aci´on terica y logra la formacin integral de los estudiantes.
Las herram herramien ientas tas de Nationa Nationall Instru Instrumen ments ts como como LabV LabVie iew w y los los entr entren enad ador ores es QNET QNET perm permit iten en integr integrar ar softwar software, e, instru instrumen mentaci´ taci´on y diseo de siste sistema mass de contr control ol para para brin brindar dar acer acerca cami mien ento to a sistemas reales de los cuale ales se obtienen sus sus parm parmet etrros de func funcio iona nami mien ento to para para ver ver su comportamiento en lazo abierto, lazo cerrado, con dife difere rent ntes es tipo tiposs de contr control ol (P, (P, PI, PI, PID) PID) o sin sin l; afianzand afianzando o los conoci conocimie mientos ntos y promo promovie viendo ndo el uso conjunto de software como Labview y Matlab.
Fig. 1. Paso 1
•
Coloqu Colo quee la ma mani nija ja en la part partee dela delante ntera ra de la planta, sobre el soporte se encuentra en el frente del NI ELVIS II.
2 METODOLOG´IA
Para Para la reali realizaci´ zaci´on de este este trab trabaj ajo o se empl emple´ e´o el metodo e´ todo experimental, ya que es un m´ metodo e´ todo eficaz para los estudiantes, en donde se utilizan la manipulaci´on on y las pruebas controladas, para de este modo poder entender los procesos causales de los experimentos o pruebas llegando as a la obtenci on ´ de conclusiones.
Fig. 2. Paso 2
´ ESCUELA SUPERIOR POLIT ECNICA DE CHIMBORAZO
•
Deslice el conector PCI en la parte trasera de la planta QNET en el conector hembra de NI ELVIS II .
CONTROL
•
2
Encienda el NI ELVIS II usando el interruptor de encendido la parte posterior de la unidad. Los LEDs de ?listo? y ?activo? en el panel superior NI ELVIS II deben encenderse brevemente, y el LED de ?listo? debera´ permanecer encendido.
Fig. 3. Paso 3 Fig. 7. Paso 7 •
Conecte la fuente de alimentaci´on al panel posterior de NI ELVIS II.
•
Encienda el VTOL de QNET encendiendo el switch del NI ELVIS II. El LED de ?encendido? lado del interruptor debe encender.
Fig. 4. Paso 4
•
Fig. 8. Paso 8
Utilice el cable para conectar la unidad de ELVIS II a la computadora. •
Asegrese de que el LED de + 15V , 15V , + 5V , y LED de encendido de la planta de QNET estn encendidos.
Fig. 5. Paso 5
•
Conectar la fuente de alimentacin de QNET VTOL.
Fig. 9. Paso 9
•
•
Fig. 6. Paso 6
Adquisicin de datos: Hallar la funci´on de transferencia con los datos obtenidos con la herramienta ident de Matlab.
´ ESCUELA SUPERIOR POLIT ECNICA DE CHIMBORAZO
3
CONTROL
3
MARCO TE ´ ORICO
A. LabVIEW:
Fig. 11. NI ELVIS
Fig. 10. LabView
LabVIEW es una plataforma de programaci´on grfica que ayuda a ingenieros a escalar desde el diseo hasta pruebas y desde sistemas pequeos hasta grandes sistemas. Ofrece integracin´ sin precedentes con software legado existente, IP y ´ hardware al aprovechar las ultimas tecnolog´as de c´omputo. LabVIEW ofrece herramientas para resolver los problemas de hoy en d´ıa y la capacidad para la futura innovacin, ms r´apido y de manera m´as eficiente.El software LabVIEW es ideal para cualquier sistema de medidas y control y el corazon ´ de la plataforma de diseo de NI. Al integrar todas las herramientas que los ingenieros y cient´ıficos necesitan para construir una amplia variedad de aplicaciones en mucho menos tiempo, NI LabVIEW es un entorno de desarrollo para resolver problemas, productividad acelerada y constante innovaci´on. En este caso LABVIEW nos permite interactuar con la planta VTOL, efocada a la instrumentacion ´ y control a trav´e s del an´alisis de la aerodin´amica de vuelo en aterrizaje y despegue mediante su plataforma ELVIS II.
B. NI ELVIS NI ELVIS (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite), es un componente principal de la plataforma de educacin electrnica de NI con NI Multisim, la herramienta l´ıder para la simulacin SPICE y captura de esquemticos y LabVIEW.
NI ELVIS tiene un formato compacto integrado con los 12 instrumentos m´as usado en el laboratorio, incluyendo un osciloscopio, mult´ımetro digital, generador de funciones, fuente de alimentacion´ variable y analizador de Bode. Conecte la PC a estas medidas a trav´es de habilidades USB plugand-play y construya circuitos en un protoboard desmontable.
C. Planta de control VTOL
Fig. 12. Planta de entrenamiento VTOL
El despegue vertical y aterrizaje de la planta es ideal para demostrar los fundamentos de la din´amica de vuelo y despegue vertical y aterrizaje control de vuelo. Desarrollado exclusivamente para NI ELVIS plataforma y LabVIEW software, el sistema puede ser f´acilmente configurado para controlar el vuelo del entrenador usando una variedad de mtodos de control:
´ ESCUELA SUPERIOR POLIT ECNICA DE CHIMBORAZO
Esta planta nos permite: •
Modelar un sistema
•
Disear e implementar un
•
•
•
CONTROL
aprendizaje autom´atico, procesamiento de seales, procesamiento de im´a genes, visi´o n artificial, comunicaciones, finanzas computacionales, diseo de control, rob´tica y muchos otros campos.
controlador proporcional-integral (PI) para controlar la corriente
4
Encontrar la resistencia del sistema basado en mediciones
Hardware Requerido:
Disear e implementar un controlador proporcional-integral-derivativo (PID) para controlar la corriente.
4
MATERIALES Y EQUIPOS
•
•
D. MatLab: •
•
•
Planta de entrenamiento Quanser QNET 2.0 VTOL Estaci´on de trabajo NI ELVIS II or NI ELVIS II+ Fuente de alimentaci´on 24VDC, 3.0A Fuente de alimentaci´on de +5VDC / 5A, +15VDC / 2A Cable USB
Software Requerido:
Fig. 13. Matlab
La plataforma de MATLAB est´optimizada para resolver problemas de ingenier´ıa y cient´ıficos. El lenguaje de MATLAB, basado en matrices, es la forma m´a s natural del mundo para expresar las matemticas computacionales. Los gr´aficos integrados facilitan la visualizaci´on de los datos y la obtenci´on de informacin a partir de ellos. Una vasta librera de toolboxes preinstaladas le permiten empezar a trabajar inmediatamente con algoritmos esenciales para su dominio. El entorno de escritorio invita a experimentar, explorar y descubrir. Todas estas herramientas y prestaciones de MATLAB estn probadas y diseadas rigurosamente para trabajar juntas. Millones de ingenieros y cient´ıficos de todo el planeta utilizan MATLAB para analizar y disear los sistemas y productos que transforman nuestro mundo. MATLAB est´a presente en sistemas de seguridad activa de autom´oviles, naves espaciales interplanetarias, dispositivos de monitorizaci´on de la salud, redes elctricas inteligentes y redes mviles LTE. Se utiliza para
•
LabVIEW? 2012 o superior
•
NI DAQmx 9.5.5 o superior
•
NI ELVISmx 4.4 o superior
•
LabVIEW? Control Design and Simulation Module 2012 o superior
•
LabVIEW System Identification Toolkit
•
MATLAB 2012 o superior
ON DE DATOS 5 ADQUISICI ´
Para la obtencin de la funci´on de transferencia de la planta de entrenamiento VTOL, a trav e´ s del software de MATLAB es necesario adquirir datos del comportamiento de la planta. En este caso obtendremos datos del proceso de take off (ascenso) y landing (descenso) de la planta para mediante el procesamiento de los mismo podamos obtener la funci´on de transferencia deseada. Obtendremos los datos mediante el diseo de un diagrama de bloques en LABVIEW que nos permitir la conexin del software a NI ELVIS, que mediante una variaci´o n de voltaje, variar´a la posici´on del brazo, modificando as la magnitud del valor le´ıdo y permitiendo mediante estos valores obtener los datos requeridos para el anlisis, en este caso se tomarn 200 muestras.
´ ESCUELA SUPERIOR POLIT ECNICA DE CHIMBORAZO
CONTROL
5
Es necesario conocer que la variable de salida de este sistema ser la posici´on del brazo y la seal pseudoaleatoria que modificaremos ser el voltaje de entrada a la planta de entrenamiento.
Fig. 16. Tabla de datos de voltaje.
Fig. 14. Como observamos en las gr´aficas se han tomado datos de la variaci´on de la posici´n del brazo en ascenso (con variaciones de menor a mayor) y en descenso (con variaciones de mayor a menor), modificando la seal anal´ gica de salida desde LABWIEW.
´ Fig. 17. Tabla de datos de la posici on.
Los datos resultantes de esta variacin se almacenar´a n en una hoja de EXCEL, la misma que posteriormente ser´a usada en el software MATLAB, para la obtencin de la funci o´ n de transferencia.
•
´ DE TRANSFERENCIA FUNCION
Fig. 18Funci´on de transferencia del sistema.
6 CONCLUSIONES Fig. 15. Diagrama para guardar los datos obtenidos.
•
En la primera tabla que observamos podemos ver los datos registrados de la variaci´on de voltaje enviada a la salida analgica que alimentara a la planta. A la entrada la llamaremos entrada voltaje. En la segunda tabla observamos los valores de la posicin del brazo como variable de salida en consecuencia a la variacin de voltaje. Los datos de salida se almacenaran como salida po
•
Se ha podido determinar la funci´on de transferencia de la planta VTOL, mediante MATLAB, a travs de los datos adquiridos del proceso de ascenso y descenso del brazo mediante la modificaci´on del voltaje de entrada. Hemos logrado integrar la planta VTOL con el equipo NI ELVIS, para el desarrollo de la presente prctica, a travs del software LABVIEW, que es una herramienta muy til en el control de procesos.
´ ESCUELA SUPERIOR POLIT ECNICA DE CHIMBORAZO
•
•
Aplicamos el conocimiento te´orico adquirido en la asignatura para el desarrollo de la prctica, comprendiendo as´ı los conceptos analizados en clase.
CONTROL
•
Funcionamiento
Comprendimos la importancia de la ausencia del error en la toma de datos, ya que un dato extremo puede variar el an a´ lisis del comportamiento del sistema.
R EFERENCIAS [1] National Instrument Instrumentacin de laboratorios virtuales [online]. Disponible en: www.ni.com [2] Bitter R., Labview Advanced Programming Techniques 2007 [online]. [3] Lajara J.; Pelegr J, Labview Entorno Grafico de Programacin Alfaomega 2007 [online]. [4] Quanser, Entrenadores en tiempo real en la aplicacin industrial, educativa e investigativa [online]. [online] Disponible en: http://www.quanser.com
7 ANEXOS •
Desarrollo del proyecto
Fig. 19. Durante la recopilaci´on de los datos
Fig. 20. La planta en funcionamiento.
6
